[实用新型]干式超导磁体的低温冷却装置及冷却系统

说明书

本申请提供一种干式超导磁体的低温冷却装置及冷却系统，属于干式超导磁体的冷却技术领域。低温冷却装置的气体缓冲罐与蓄冷容器连通，且气体缓冲罐与蓄冷容器共同形成密闭腔，以使气体缓冲罐内的气体能够进入到蓄冷容器内冷却成固态冷媒以及蓄冷容器内升华后的固态冷媒能够进入到气体缓冲罐内。制冷机位于蓄冷容器外且被配置成将蓄冷容器内的气体冷却成固态冷媒，以及对干式超导磁体进行冷却；蓄冷容器被配置成固态冷媒升华时对干式超导磁体进行冷却。在制冷机停止工作的时候，可以减缓干式超导磁体的升温速率，延长干式超导磁体升温至温度阈值的时间，避免制冷机停机时干式超导磁体出现失超的情况，增加系统的稳定性和灵活性。

技术领域

本申请涉及干式超导磁体的冷却技术领域，具体而言，涉及一种干式超导磁体的低温冷却装置及冷却系统。

背景技术

随着液氦价格的节节攀升以及氦资源本身的稀缺性，在各种使用场合分别尝试不同方法减少氦的使用及提高氦的使用效率。超导磁体常见的冷却方法是使用液氦来浸泡超导线圈，通常会使用几十升到上千升液氦来满足浸泡要求。为了提高氦的使用效率及减少对液氦的依赖，在各种各样的装置包括磁共振系统、NMR系统、科学仪器上都慢慢采取干式磁体。所谓的干式磁体指的是利用传导冷却的方式将制冷机的冷量传导到待冷却的磁体线圈上，线圈冷却到预期温度后实现超导态进而满足工作要求。干式磁体不需要大量的液氦浸泡只需要开启制冷机冷却即可，同时，在复温的情况下，也不会出现氦由于被冷介质温度上升而逃逸的情况。

干式磁体的方案同时也带来相应的问题。在设备运行过程中，不可避免出现停水、停电、制冷机停机的情况，磁体线圈会出现升温，如果探测到此类情况，磁体线圈可以主动降场降到安全值。但由于磁体线圈在低温下的热容小等原因，制冷机系统停止工作后，磁体线圈会快速升温并在超过阈值后会失超，则磁体线圈不再可以主动降场降到安全值。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种干式超导磁体的低温冷却装置及冷却系统，在制冷机停止工作的时候，可以减缓干式超导磁体的升温速率，延长干式超导磁体升温至温度阈值的时间，避免制冷机停机时干式超导磁体出现失超的情况，增加系统的稳定性和灵活性。

第一方面，本申请提供一种干式超导磁体的低温冷却装置，包括气体缓冲罐、蓄冷容器和制冷机。气体缓冲罐与蓄冷容器连通，且气体缓冲罐与蓄冷容器共同形成密闭腔，以使气体缓冲罐内的气体能够进入到蓄冷容器内冷却成固态冷媒以及蓄冷容器内升华后的固态冷媒能够进入到气体缓冲罐内。制冷机位于蓄冷容器外且被配置成将蓄冷容器内的气体冷却成固态冷媒，以及对干式超导磁体进行冷却；蓄冷容器被配置成固态冷媒升华时对干式超导磁体进行冷却。

在制冷机工作的时候，制冷机产生的冷量可以对干式超导磁体进行制冷，还可以对蓄冷容器制冷，蓄冷容器中的气压下降，气体缓冲罐中的气体进入到蓄冷容器中，由于蓄冷容器中的温度较低，可以使进入到蓄冷容器中的气体冷却成固态。当出现制冷机停机故障的时候，虽然制冷机不再产生冷量，但是蓄冷容器中的固态冷媒会升华成气体，其又会进入到气体缓冲罐内，同时，固态冷媒升华的时候吸收大量的热量，使蓄冷容器的温度降低(蓄冷容器的升温速率减慢)，也就可以减缓干式超导磁体的升温速率，延长干式超导磁体升温至温度阈值的时间，避免制冷机停机时干式超导磁体出现失超的情况，增加系统的稳定性和灵活性。同时，蓄冷容器和气体缓冲罐共同形成密闭腔，制冷机的冷头不需要伸入蓄冷容器内，避免冷头在低温下冷媒固化后性能衰减的问题；且气体在一个封闭循环腔中，减少维护的成本，使装置更加简单。

在一种可能的实施方式中，气体缓冲罐与蓄冷容器之间通过管道连通，管道外的靠近蓄冷容器的位置设置有温度传感器和加热器。

如果蓄冷容器中产生过多的固态冷媒，则可能会堵塞管道。所以，在管道的靠近蓄冷容器的一端设置温度传感器和加热器，一方面，如果温度传感器检测到管道内的温度过低的时候，说明管道内可能有固态冷媒，则开启加热器加热，使固态冷媒升华成气体；如果温度传感器检测到管道内的温度升高，则说明管道内的固态冷媒已经变成气体，则关闭加热器，以避免管道出现堵塞现象。